KR20210054329A - 가스퍼니스를 포함하는 하이브리드 난방 장치 - Google Patents

가스퍼니스를 포함하는 하이브리드 난방 장치 Download PDF

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KR20210054329A
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김주수
정용기
하도용
박장희
박한샘
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엘지전자 주식회사
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Abstract

개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치는 케이스, 가스퍼니스, 전기히터 및 블로워를 포함한다. 케이스는 그 내부에 제1공간이 형성된다. 가스퍼니스는 제1공간에 설치된다. 전기히터도 제1공간에 설치된다. 블로워는 제1공간의 공기를 외부로 송풍한다.

Description

가스퍼니스를 포함하는 하이브리드 난방 장치{HEATING APPARATUS INCLUDING GAS FURNACE}
개시되는 내용은 가스퍼니스를 포함하는 하이브리드 난방 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가스(연료)의 연소와 전기에너지를 이용한 발열을 통해 난방을 수행하는 장치에 관한 것이다.
가스로(가스퍼니스, gas furnace)는, 겨울철 평균 기온이 약 -20℃또는 그 이하인 지역에서 실내를 난방하기 위한 난장장치로 사용되고 있다.
북미의 경우, 가스퍼니스에 의한 난방 시스템이 전체 난방 시스템의 약 65%를 차지한다. 그리고, 급탕 시스템의 경우 저탕조를 이용한 온수 공급 방식이 전체의 58%를 차지하고 있다.
이러한 가스퍼니스 및 저탕조는 주로 건물의 지하실이나 다락에 설치된다. 가스퍼니스는 가스를 연료로 난방을 수행한다. 가스퍼니스는 공급되는 가스를 버너에서 연소시키고, 버너에서 가스가 연소되며 발생하는 연소가스의 열을 주변으로 발산시킨다.
가스가 연소해 발생한 연소가스는 소정의 배기라인을 따라 가스퍼니스 내부를 이동한다. 배기라인은 주변의 공기를 덥히고, 가스퍼니스는 배기라인 주변의 공기를 순환시켜 특정 장소의 난방을 수행한다.
하지만, 가스연소를 통해 난방을 수행하면 난방 장소의 현재온도와 희망온도의 차가 큰 경우, 희망온도에 이르기까지 시간이 많이 소요된다는 단점이 있었다.
또한, 희망온도를 유지하기 위해 가스퍼니스의 작동이 단속되는 과정에서 난방공간의 온도를 희망온도와 근사하게 유지하지 못한다는 문제점도 있었다.
전술한 관련기술은 발명자가 개시되는 내용을 위해 보유하고 있었거나, 개시되는 내용의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 개시되는 내용의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
개시되는 내용의 일 과제는, 현재온도와 희망온도의 차이가 큰 경우 희망온도까지 난방을 수행하는데 시간이 오래 걸렸던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
개시되는 내용의 다른 과제는, 최초 가동 시 희망온도까지 난방을 수행함에 있어, 가스 연료의 소비가 컸던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
개시되는 내용의 또 다른 과제는, 난방 공간이 희망온도에 도달한 후 사용자가 설정한 희망온도로 난방공간을 유지함에 있어, 희망온도를 기준으로 할 때 상하로 온도 편차가 심하게 발생하였던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
개시되는 내용의 또 다른 과제는, 가스연료와 전기에너지를 모두 사용해 난방을 수행하는 경우 장치의 부피가 커져, 설치를 위해선 넓은 공간을 필요로 했던 종래 기술의 문제점을 해결하는 것이다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치는 케이스, 가스퍼니스, 전기히터 및 블로워를 포함한다. 케이스는 그 내부에 제1공간이 형성된다. 가스퍼니스는 제1공간에 설치된다. 전기히터도 제1공간에 설치된다. 블로워는 제1공간의 공기를 외부로 송풍한다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 가스퍼니스는 버너 및 열교환기를 포함한다. 열교환기는 제1공간에 설치되고, 버너에서 발생하는 연소가스가 이동하며 주변으로 열에너지를 발산한다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 열교환기는 제1열교환기 및 제2열교환기를 포함한다. 제1열교환기는 버너에서 발생하는 연소가스가 이동하며 주변으로 열에너지를 발산한다. 제2열교환기는 버너의 연소를 통해 발생한 열에너지로 미리 정해진 경로를 따라 이동하는 물을 가열한다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 열교환기는 버너에서 발생하는 연소가스가 이동하는 통로인 배기라인을 포함한다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 배기라인은 'U'자 형상으로 이루어진다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 전기히터는 배기라인이 이루는 'U'자 형상의 사이에 배치된다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 전기히터는 가스퍼니스에 탈착 가능하게 결합된다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 가스퍼니스는 판 형상을 지니고 가스퍼니스에 결합되는 플레이트, 플레이트의 일면에 결합되며 전기의 공급에 따라 열에너지가 발생하는 열선을 포함한다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치는 케이스, 가스퍼니스, 전기히터 및 블로워를 포함한다. 그리고, 전기히터는 전기가 공급되면 열에너지가 발생하는 열선을 포함하며, 열선은 가스퍼니스에 일체로 형성된다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 가스퍼니스는 버너 및 제1열교환기를 포함하고, 열선은 제1열교환기와 일체로 형성된다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 제1열교환기는 버너에서 발생하는 연소가스가 이동하는 통로인 배기라인을 포함하고, 열선은 배기라인과 인접하게 배치된다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 열선은 배기라인의 양측에 배치된다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치는 케이스, 가스퍼니스, 블로워 및 전기히터를 포함한다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 전기히터는 가스퍼니스의 상부에 배치된다.
개시되는 내용의 일 실시예에 따른 하이브리드 난방 장치에서 전기히터는 케이스의 외부에 설치된다.
개시되는 내용에 의하면, 가스를 연소시켜 난방하는 가스퍼니스와 전기에너지를 사용해 난방하는 전기히터를 함께 활용함으로써, 현재온도와 희망온도 차이가 크더라도 빠른 시간에 현재온도가 희망온도에 근접하도록 할 수 있는 장점이 있다.
개시되는 내용에 의하면, 가스연료와 전기에너지를 난방원으로 적절하게 사용함으로써 에너지효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
개시되는 내용에 의하면, 난방공간을 희망온도로 유지함에 있어서 희망온도를 기준으로 상하 온도 편차가 작아 에너지 낭비가 적고, 안정적으로 특정온도를 유지할 수 있는 장점이 있다.
개시되는 내용에 의하면, 제1열교환기의 배기라인 사이에 전기히터가 구비됨으로써 설치에 넓은 공간이 필요치 않다는 장점이 있다.
개시되는 내용의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치에서 가스퍼니스를 도시한 사시도이다.
도 3은 개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치에서 가스퍼니스에 전기히터가 결합되는 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치에서 가스퍼니스에 전기히터가 결합된 상태를 도시한 측면도이다.
도 5는 개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치에서 전기히터를 도시한 사시도이다.
도 6은 개시되는 내용의 제2실시예에 따른 난방 장치에서 가스퍼니스를 도시한 사시도이다.
도 7은 개시되는 내용의 제2실시예에 따른 난방 장치에서 가스퍼니스 내부에 열선이 형성된 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 개시되는 내용의 제3실시예에 따른 난방 장치를 도시한 사시도이다.
도 9는 개시되는 내용의 일 실시예에 따른 난방 장치에서 연료에 따라 변화하는 난방효율을 도시한 그래프이다.
도 10은 개시되는 내용의 일 실시예에 따른 난방 장치에서 난방 상황에 따라 변화하는 연료사용비를 도시한 그래프이다.
이하, 개시되는 내용을 설명하기 위하여 개시되는 내용에 따른 실시예들을 첨부도면을 참조하면서 보다 상세하게 서술하고자 한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치(10)의 개략적인 사시도, 도 2는 개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치(10)에서 가스퍼니스(100)를 도시한 사시도, 도 3은 개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치(10)에서 가스퍼니스(100)에 전기히터(200)가 결합되는 상태를 도시한 사시도이며, 도 4는 개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치(10)에서 가스퍼니스(100)에 전기히터(200)가 결합된 상태를 도시한 측면도이다.
개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난장 장치는 케이스, 가스퍼니스(100), 전기히터(200) 및 블로워(300)를 포함한다.
케이스는 그 내부에 제1공간이 형성된다. 제1공간은 케이스 내부에 형성되는 소정의 공간으로서 공기가 유입되는 입구와 유출되는 출구를 포함한다. 그리고, 입구 및 출구는 그 내측에서 공기가 유동하는 경로를 제공한다.
가스퍼니스(100)는 제1공간에 설치된다. 가스퍼니스(100)는 가스연료를 태워 난방을 수행한다. 가스퍼니스(100)는 별도의 가스공급라인을 포함할 수 있고, 가스공급라인을 통해 공급된 가스는 버너(130)로 투입된다. 가스연료는 외부로 부터 공급될 수 있다. 버너(130)는 공급되는 가스와 공기를 배합해 연소시킨다. 버너(130)는 하향식 연소가 이루어질 수 있고, 예혼합 연소기(premixed burner) 형태로 이루어질 수 있다.
버너(130)는 케이스의 제1공간 내부에 구비될 수 있다. 버너(130)에 연결된 흡기관을 통하여 외부의 공기가 버너(130) 내부로 유입된다. 버너(130)에 연결된 가스공급라인을 통해 외부의 가스연료가 버너(130) 내부로 유입된다.
개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치(10)는 버너(130)에서 발생한 연소가스가 이동하며 주변으로 열에너지를 발산하는 제1열교환기(110)를 포함한다.
그리고, 버너(130)의 연소를 통해 발생한 열에너지로 미리 정해진 경로를 따라 이동하는 물을 가열하는 제2열교환기(120)를 더 포함한다.
제1열교환기(110)는 버너(130)에서 연소를 통해 생성된 연소가스가 내부로 유동한다. 구체적으로는 제1열교환기(110)는 연소가스가 이동하는 경로인 배기라인(112)을 포함한다. 배기라인(112)은 내부에 소정의 통로를 포함하고, 그 통로로 배기가스가 이동한다. 배기가스는 버너(130)에서 일어나는 가스 연소를 통해 생성되고, 고온인 것을 특징으로 한다.
따라서, 배기라인(112)을 따라 연소가스가 이동하면 배기라인(112) 주변의 공기 온도가 상승한다.
버너(130)가 가스를 연소시키면, 연소가스가 발생하고, 연소가스는 배기라인(112)을 지나면 제1열교환기(110) 주변의 공기를 따뜻하게 한다.
또한, 제2열교환기(120)는 급탕을 위해 구비될 수 있다. 제2열교환기(120)는 외부로부터 물이 공급되는 급수라인, 제2열교환기(120)를 경유한 물이 제2열교환기(120)의 외부로 배출되는 배수라인을 포함할 수 있다. 급수라인으로 유입되어 배수라인을 통해 배출되는 물은 제2열교환기(120) 내부에서 열에너지를 공급받을 수 있다. 즉, 제2열교환기(120)를 물이 통과하는 경우 물이 열에너지를 흡수해 온도가 상승할 수 있다.
이는 예시적인 것으로서 개시되는 내용이 적용되는 실시예에 따라 다양한 형태로 급탕시설이 구현될 수 있다.
제1열교환기(110)의 배기라인(112)은 'U'자 형상으로 굽어질 수 있다. 또는, 주변의 공기와 접하는 단면적이 늘어나도록 그 외형이 결정될 수 있다.
배기라인(112)이 이루는 'U'자 형상의 공간에는 전기히터(200)가 배치될 수 있다.
전기히터(200)는 전기에너지를 공급받아 이를 열에너지로 변환한다. 전기히터(200)는 플레이트(210) 및 열선(220)을 포함한다.
개시되는 내용의 전기히터(200) 및 가스퍼니스(100)는 사용자가 희망온도를 입력하면 각각 상황에 맞춰 선택적으로 또는 함께 작동한다.
도 5는 개시되는 내용의 제1실시예에 따른 난방 장치(10)에서 전기히터(200)를 도시한 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기히터(200)는 편평한 판형의 플레이트(210)를 포함한다. 플레이트(210)의 일면에는 열선(220)이 결합되고, 열선(220)에서는 전기에너지가 열에너지로 변환된다. 열선(220)은 공기와 접하는 면적이 넓어지도록 형성될 수 있고, 열선(220)을 통해 발생된 열이 주변으로 잘 발산될 수 있는 구조를 지닌다.
구체적으로는, 제1열교환기(110)의 배기라인(112)은 한 쪽이 측벽에 결합될 수 있다. 측벽은 전기히터(200)가 삽입될 수 있는 개구가 형성될 수 있고, 개구를 통해 전기히터(200)가 삽입되어 결합되고, 플레이트(210)가 측벽의 개구와 대응되는 크기로서 결합될 수도 있다.
도 6은 개시되는 내용의 제2실시예에 따른 난방 장치(10a)에서 가스퍼니스(100a)를 도시한 사시도이고, 도 7은 개시되는 내용의 제2실시예에 따른 난방 장치(10a)에서 가스퍼니스(100a) 내부에 열선(220a)이 형성된 상태를 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 개시되는 내용의 제2실시예에서는 가스퍼니스(100a)와 전기히터(200a)가 일체로 형성될 수 있다. 전기히터(200a)를 형성하는 열선(220a)은 가스퍼니스(100a)의 배기라인(112a)과 인접하게 배치될 수 있다.
구체적으로는, 열선(220a)은 배기라인(112a)의 양측과 인접하게 배치될 수 있다. 이는 가스퍼니스(100a)가 작동되기 전 전기히터(200a)가 작동되면, 가스퍼니스(100a)의 배기라인(112a)을 미리 가열할 수 있도록 하되, 그 효율을 높이기 위한 것이다.
개시되는 내용의 제2실시예에서는 하나의 강체 안에 배기라인(112a)과 열선(220a)이 함께 배치될 수 있다. 그리고, 배기라인(112a)과 열선(220a)이 함께 배치된 강체는 그 외측에 다수 개의 핀(fin)이 형성될 수 있고, 강체 외부의 표면이 주변의 공기와 넓게 접할 수 있는 형상을 지닐 수 있다.
따라서, 배기라인(112a) 및 열선(220a)과 인접한 주변을 지나는 공기는 배기라인(112a) 및 열선(220a)을 통해 쉽게 가열될 수 있다.
도 8은 개시되는 내용의 제3실시예에 따른 난방 장치(10b)를 도시한 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 개시되는 내용의 제3실시예에서 전기히터(200b)는 케이스의 외부에 설치될 수 있다.
전술하였던 개시되는 내용의 제1실시예, 제2실시예 및 제3실시예는 모두 블로워(300)를 통해 제1공간 내부의 공기를 이동시킨다.
블로워(300)는 케이스의 하부에 배치될 수 있고, 케이스의 제1공간을 향해 공기를 유동시킨다. 따라서, 제1공간은 블로워(300)와 연통된 부분으로 공기가 유입되고, 상면 또는 측면 중 하나의 면으로 공기를 배출할 수 있다.
따라서, 블로워(300)를 통해 유동하는 공기는 제1공간으로 유입되어 그 온도가 상승한다. 그리고, 온도가 상승한 공기는 난방공간으로 배출된다. 난방공간은 개시되는 내용의 난방 장치(10)가 난방을 수행하도록 배치된 공간을 뜻한다.
따라서, 개시되는 내용의 제3실시예에서 전기히터(200b)는 블로워(300)를 통해 유동하는 공기의 흐름을 기준으로 가스퍼니스(100b)에 후행해 배치된다. 즉, 케이스에서 제1공간 내부의 공기가 배출되는 배출구에 결합될 수 있다.
도 9는 개시되는 내용의 일 실시예에 따른 난방 장치(10)에서 연료에 따라 변화하는 난방효율을 도시한 그래프이고, 도 10은 개시되는 내용의 일 실시예에 따른 난방 장치(10)에서 난방 상황에 따라 변화하는 연료사용비를 도시한 그래프이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 가스퍼니스(100)는 가스를 버너(130)에서 연소시킴으로써 열을 발생시키는 방식으로서 높은 열량을 내기에 적합하다. 반면에, 정밀한 온도를 제어하기가 어렵고, 일정 시간 이상 가동을 하지 않는다면 가스연료의 낭비가 심하다는 단점이 있다.
전기히터(200)는 전기에너지를 열에너지로 변환하는 방식으로서 온도를 정밀하게 조절할 수 있는 장점있고, 즉각적으로 발열을 일으킬 수 있다는 장점 또한 있다. 다만, 높은 열량을 내기에는 효율이 좋지 않다는 단점이 있다.
따라서, 개시되는 내용의 난방 장치(10)는 가스퍼니스(100) 및 전기히터(200)를 각각 또는 함께 제어해 설정된 희망온도로 주변을 난방한다.
구체적으로는, 사용자가 희망온도를 설정하고 최초 작동명령을 입력하면, 가스퍼니스(100)의 버너(130)로 가스가 공급되고, 버너(130)가 점화하여 난방을 시작한다. 이때, 예열이 완료되면 전기히터(200) 및 가스퍼니스(100)를 함께 가동하여 난방공간의 온도가 희망온도에 빠르게 도달하도록 한다. 난방공간의 온도가 희망온도에 도달하면 가스퍼니스(100)의 작동은 중단하고, 전기히터(200)를 간헐적으로 작동시켜 난방공간의 온도가 희망온도를 유지하도록 한다.
이상에서는 개시되는 내용의 실시예들이 도면과 함께 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로서 전술한 실시예들과 도면으로 본 발명이 한정되진 않는다. 통상의 지식을 가진 자라면 개시되는 내용의 기술사상 범위 내에서 개시되는 내용의 실시예들을 변형할 수 있음이 자명하다. 아울러 앞서 개시되는 내용의 일 실시예를 설명하면서 개시되는 내용의 구성에 따른 작용이나 효과를 명시적으로 기재하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과들까지 인정되어야 함은 당연하다.
10: 난방 장치
100: 가스퍼니스 110: 제1열교환기
112: 배기라인
120: 제2열교환기 130: 버너
200: 전기히터 210: 플레이트
220: 열선 300: 블로워

Claims (15)

  1. 제1공간을 포함하는 케이스;
    상기 제1공간에 설치되는 가스퍼니스;
    상기 제1공간에 설치되는 전기히터; 및
    상기 제1공간의 공기를 외부로 송풍하는 블로워;를 포함하는
    하이브리드 난방 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스퍼니스는,
    버너; 및
    상기 제1공간에 설치되고, 상기 버너에서 발생하는 연소가스가 이동하며 주변으로 열에너지를 발산하는 열교환기;를 포함하는,
    하이브리드 난방 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열교환기는,
    상기 버너에서 발생하는 연소가스가 이동하며 주변으로 열에너지를 발산하는 제1열교환기; 및
    상기 버너의 연소를 통해 발생한 열에너지로 미리 정해진 경로를 따라 이동하는 물을 가열하는 제2열교환기;를 포함하는,
    하이브리드 난방 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 열교환기는,
    상기 버너에서 발생하는 연소가스가 이동하는 통로인 배기라인;을 포함하는,
    하이브리드 난방 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배기라인은 'U'자 형상으로 이루어지는,
    하이브리드 난방 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전기히터는,
    상기 배기라인이 이루는 'U'자형상의 사이에 배치되는,
    하이브리드 난방 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기히터는,
    상기 가스퍼니스에 탈착 가능하게 결합되는,
    하이브리드 난방 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스퍼니스는,
    판 형상을 지니고, 상기 가스퍼니스에 결합되는 플레이트; 및
    상기 플레이트의 일면에 결합되며 전기의 공급에 따라 열에너지가 발생하는 열선;을 포함하는,
    하이브리드 난방 장치.
  9. 제1공간을 포함하는 케이스;
    상기 제1공간에 설치되는 가스퍼니스;
    상기 제1공간에 설치되는 전기히터; 및
    상기 제1공간의 공기를 외부로 송풍하는 블로워;를 포함하고,
    상기 전기히터는,
    전기가 공급되면 열에너지가 발생하는 열선;을 포함하며,
    상기 열선은 상기 가스퍼니스에 일체로 형성되는,
    하이브리드 난방 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가스퍼니스는,
    버너; 및
    상기 버너에서 발생한 열에너지를 주변으로 발산하는 제1열교환기;를 포함하고,
    상기 열선은 상기 제1열교환기와 일체로 형성되는,
    하이브리드 난방 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1열교환기는,
    상기 버너에서 발생하는 연소가스가 이동하는 통로인 배기라인;을 포함하고,
    상기 열선은 상기 배기라인과 인접하게 배치되는,
    하이브리드 난방 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열선은,
    상기 배기라인의 양측에 배치되는,
    하이브리드 난방 장치.
  13. 제1공간을 포함하는 케이스;
    상기 제1공간에 설치되는 가스퍼니스;
    상기 제1공간의 공기를 외부로 송풍하는 블로워; 및
    상기 블로워로 인해 공기가 송풍되는 경로를 기준으로 상기 제1공간에서 상기 가스퍼니스에 후행해 배치되는 전기히터;를 포함하는
    하이브리드 난방 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전기히터는,
    상기 가스퍼니스의 상부에 배치되는,
    하이브리드 난방 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전기히터는,
    상기 케이스의 외부에 설치되는,
    하이브리드 난방 장치.
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